JP3253980B2 - 多重構造型モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、商用電源でも加速回
転および円滑な低速回転ならびに慣性力なしで正逆変換
ができる多重構造型モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】モータには電源の種類によって直流式、
交流式があり、交流式には単相用、３相用、多相用があ
る。また、回転子の種類によって、かご型誘導モータと
巻線型誘導モータがあるが、図４に示すような３相式か
ご型誘導モータが、広く一般に使用されている。

【０００３】このかご型誘導モータは、固定子巻線５１
が巻装された固定子鉄心５２に対向位置させて、かご型
回転子５３を回転自在に配設されてある。かご型回転子
５３は、鉄心５４に設けたスロット内に導体５５を嵌着
させ、その両端を短絡環５６に短絡させたものである。
また、かご型回転子５３はケース５７にベアリング５８
などによって回転自在に支承させてある。

【０００４】そして、上記固定子巻線５１に入力用電線
５１ａから単相又は３相交流電流を給電すれば、固定子
鉄心５２に回転磁界が発生して、かご型回転子５３の鉄
心５４に嵌着された導体５５に電流が誘起されるので、
かご型回転子の鉄心５４に誘導磁界が生じ、これにより
かご型回転子５３が回転することにより、回転軸５９を
介して他装置に動力を供給するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のかご型誘導モータの回転数は、電源に三相商用電源
を使用したものでは約３５００rpm が最高で、更に回転
数を上げるには、回転数と電源周波数とは比例関係にあ
ることから電源周波数を上昇させねばならない。

【０００６】しかし商用電源以外の電源、とくに高周波
電源は極めて高価であり、又単に電源周波数を上昇させ
て回転数を上げるのみではモータとしての効率が下が
り、しかも、かご型回転子を支承するベアリング５８や
軸受等が加速回転の負荷に耐えられず、このための改良
が余儀なくされ、結果的に価格が高騰するという問題が
あった。さらに、超低速回転を得ようとすると、円滑な
回転が得られなかった。

【０００７】そこで、この発明は商用電源でも高速回転
が得られ、かつ加速回転に伴い、多大な負荷がベアリン
グ、軸受等に加わらない等の上記従来の問題点を解消す
ることができると共に、円滑な超低速回転および慣性力
なしの逆転変換が得られる多重構造型モータを提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】この発明は上記の課題を解決すべくなされ
たもので、本発明の請求項１に係る多重構造型モータ
は、回転磁界を発生する環状の固定子鉄心と、該固定子
鉄心の内側に適宜な空隙を保って配設され、当該固定子
鉄心の回転磁界とこれに基づく誘導磁界との相互作用で
磁気的回転力を得て回転する第１のかご型回転子と、該
第１のかご型回転子の内側に適宜な空隙を保って配設さ
れ、この第１のかご型回転子に通電することによって当
該第１のかご型回転子に発生する回転磁界とこれに基づ
く誘導磁界との相互作用で磁気的回転力を得て回転する
第２のかご型回転子とを備えている。

【０００９】

【作用】本発明の請求項１に係る多重構造型モータにお
いては、第１のかご型回転子は、固定子鉄心の回転磁界
とこれに基づく誘導磁界との相互作用で磁気的回転力を
得て回転し、その回転速度及び回転方向（正逆転）が固
定子鉄心で発生する回転磁界の回転速度及び回転方向で
決められる一方、第２のかご型回転子は、上記第１のか
ご型回転子に発生する回転磁界とこれに基づく誘導磁界
との相互作用で磁気的回転力を得て回転し、その回転速
度及び回転方向（正逆転）が第１のかご型回転子で発生
する回転磁界の回転速度及び回転方向で決められる。こ
れにより、第１のかご型回転子の回転速度及び回転方向
と第２のかご型回転子の回転速度及び回転方向とが所望
の関係を以って制御されるようになる。したがって、本
多重構造型モータの出力として、第１のかご型回転子と
第２のかご型回転子間での相対運動に基づくモータ回転
を得ることができるので、歯車列のような増減速機構を
備えなくても、正転・逆転及び停止を含めて低速回転か
ら高速回転に渡って広範囲のモータ回転を得ることがで
きる。 ところで、第１のかご型回転子及び第２のかご型
回転子に回転運動を生ぜしめる回転磁界は、その回転速
度を、固定子鉄心などに供給される電源の周波数（固定
子鉄心などの磁極数にも依存する）を制御することによ
って容易に変えられ、また、その回転方向を、例えば３
相電源に接続される固定子鉄心などの端子を切り換える
ことによって容易に変えられる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明に係る多重構造型モータの実
施例として、３相式かご型誘導モータに適用した例につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。

【００１１】図１及び図２には第１実施例を示し、図１
はその縦断面図、図２は図１のイ−イ線に沿って切断し
た断面図である。図１および図２において、円筒形状の
外ケース１はモータベース２に据付けられ、外ケース１
の内面中央部には、鉄製の薄板を重ね合わせて円筒状に
成形して成る固定子鉄心３を固設させてある。

【００１２】固定子鉄心３には図２に示すごとく、多数
のスロット４がモータ軸線上に沿って設けられ、このス
ロット４に３相の固定子巻線５が巻装されて入力用電線
１９ａ〜１９ｃにより三相商用電源が供給されるように
なっている。

【００１３】内ケース６は両端に軸部６ａ，６ｂを有
し、軸部６ａ，６ｂを上記外ケース１の取付け孔７ａ，
７ｂに第１のベアリング８ａ，８ｂを介在させて、上記
固定子鉄心３に対向し、適宜の空隙を保って回転自在に
軸支されている。内ケース６には上記外ケース１に固設
された固定子鉄心３との対向位置に第１のかご型回転子
１１の鉄心１２が同様に固設され、その外周部にスロッ
ト１３を有して、スロット１３内に導体１４を嵌着させ
てあり、又内周部にもスロット１５を有して、そのスロ
ット１５内に第１のかご型回転子１１の巻線１６が各Ｕ
ＶＷの各相毎に周知の方法で巻装されている。

【００１４】巻線１６には、上記内ケース６の軸部６ａ
に付設したスリップリング１７ａ〜１７ｃ及びブラシ１
８ａ〜１８ｃを介して外部から３相商用電源が供給され
るようになっている。

【００１５】第１のかご型回転子１１の鉄心１２に対向
させて第２のかご型回転子２１の鉄心２２を、第１のか
ご型回転子１１の鉄心１２と同様に、上記鉄心１２との
間に適宜な空隙を保有して配設する。第２のかご型回転
子２１は、上記内ケース６の軸部６ａ，６ｂ内に第２の
ベアリング２５ａ，２５ｂを介して回転自在に支承し、
そのまま軸部６ａ，６ｂの軸孔から外方に突出させて出
力軸２６として他の装置に連絡するなどして利用するも
のである。また上記鉄心２２にも軸線方向に沿ってスロ
ット２３を設け、導体２４を嵌着させてある。

【００１６】上記第１の導体１４及び第２の導体２４の
各両端は図示しないが短絡環により短絡されていること
は従来構造のかご型誘導モータと同様である。また上記
固定子鉄心３、第１のかご型回転子１１の鉄心１２、お
よび第２のかご型回転子２１の鉄心２２は、薄板鉄板又
は薄板硅素鋼板、ニッケル鋼板等の軟磁性体を使用して
いる。さらにまた、上記導体１４及び導体２４は銅製の
条や棒、アルミニウム製の条や棒等の良導体をスロット
１３，２３内に埋込み、又は鋳込み等により装着する。

【００１７】次に上記構成の多重構造モータの動作につ
いて説明する。上記入力用電線１９ａ〜１９ｃに商用３
相電源を接続し通電すれば、固定子巻線５の図示しない
Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各コイルに３相交流電流が流れて、固定
子鉄心３の突曲部３ａに回転磁界が発生する。この回転
磁界は固定子鉄心３と第１のかご型回転子１１の鉄心１
２との空隙を通過して第１のかご型回転子１１の鉄心１
２に誘導磁界を形成し、鉄心１２の外周部に設けられた
スロット１３内に装着された導体１４に誘導電流が流れ
る。かかる誘導電流と上記固定子鉄心３の回転磁界との
相互作用で磁気的回転力を得た第１のかご型回転子１１
が回転する。

【００１８】次にブラシ１８ａ〜１８ｃおよびスリップ
リング１７ａ〜１７ｃを介して３相商用電源を上記第１
のかご型回転子１１の巻線１６に接続し通電すれば、巻
線１６には図示しないＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイルに３相交
流電流が流れて、鉄心１２の突曲部１２ａに回転磁界が
発生する。この回転磁界は固定子鉄心３と第１のかご型
回転子１１との作用と全く同様に、第１のかご型回転子
１１と第２のかご型回転子２１との空隙を通過して第２
のかご型回転子２１の鉄心２２に誘導磁界を形成し、鉄
心２２の外周部に設けられたスロット２３に装着された
導体２４に誘導電流が流れる。かかる誘導電流と上記第
１のかご型回転子１１の回転磁界との相互作用で磁気的
回転力を得た第２のかご型回転子２１が回転する。

【００１９】ここで第１のかご型回転子１１が固定子鉄
心３、つまり外ケース１に対して毎分３３００回転し、
第１のかご型回転子１１に対し、第２のかご型回転子２
１が同速の毎分３３００回転すると出力軸２６の回転数
は３３００＋３３００＝６６００rpm の加速回転数とな
る。

【００２０】この発明の多重構造型モータの構成が、上
記のように第１のかご型回転子１１と第２のかご型回転
子２１が回転軸を異にし、従って軸受、ベアリングを異
にしているので、第１のベアリング８ａ，８ｂ及び第２
のベアリング２５ａ，２５ｂは各々の内輪と外輪との回
転数の差が何れも３３００rpm となり、出力軸２６の回
転数が上記の高回転となるにも拘らず、加速回転に伴う
負荷は第１と第２の両ベアリング２５ａ，２５ｂの軸受
部８ａ，８ｂにより分担されるので、従来のような高速
回転に伴う重負荷を担うことがなくなる。また、回転磁
界も商用周波数程度の低周波で良いので、鉄心の材質も
特に特殊のものを使用する必要がなく、極めて安価なモ
ータとすることができる。

【００２１】さらにまた、第１のかご型回転子１１に対
し、第２のかご型回転子２１を同回転数で逆回転する
と、出力軸２６の回転数が０で静止状態となる。この回
転数が０の静止状態でもトルクを有する。そして、第１
のかご型回転子１１の回転数に対し、逆回転状態にある
第２のかご型回転子２１の回転数を僅かに変えることに
よって、出力軸２６の回転数は両者の回転数の差で円滑
に出力される。

【００２２】図３はこの発明の第２実施例を示し、長尺
な円筒状の外ケース３１の１側内面に固定子巻線３２が
巻装された固定子鉄心３３を固設させ（入力用電源図示
省略）、その固定子鉄心３３に空隙をおいて第１のかご
型回転子３４の鉄心３５を配設する。鉄心３５には上記
第１実施例と同様に鉄心３５のスロット内に導体３６を
嵌着させる。

【００２３】第１のかご型回転子３４の一側の回転軸３
７は外ケース３１の一端の取付孔３８ａに第１のベアリ
ング３９ａを介して回転自在に支承させてある。第１の
かご型回転子３４の他側はそのまま外ケース３１内の他
側に延長し、両側端に軸部４１ａ，４１ｂを有する内ケ
ース部４０を形成し、その軸部４１ｂを外ケース３１の
左端の取付孔３８ｂに第１ベアリング３９ｂを介して回
転自在に支承させてある。

【００２４】内ケース部４０には、上記第１実施例と同
様に固定子巻線４２が巻装された固定子鉄心４３が固設
され、固定子巻線４２には軸部４１ｂに付設したスリッ
プリング４４ａ〜４４ｃ及びブラシ４５ａ〜４５ｃを介
して外部の商用３相交流電源が接続されるとともに、第
２のかご型回転子４６が第２のベアリング４７ａ，４７
ｂにて回転自在に支承されている。

【００２５】第２のかご型回転子４６の鉄心４８は上記
固定子鉄心４３に適宜の空隙を保って対向位置させてあ
り、鉄心４８のスロット内に導体４９を設けてあること
は上記第１実施例と同様である。また第２のかご型回転
子４６の回転軸５０の一方を出力軸５０ａとして軸部４
１ｂの軸孔内から外ケース３１の外方に突出し、他の装
置に連結させて利用するようになっている。

【００２６】上記の構成としたので、固定子巻線３２に
商用３相交流電流を供与すれば、これにより回転磁界が
生じて第１のかご型回転子３４の鉄心３５に装着された
導体３６に誘導電流が流れる。かかる誘導電流と上記固
定子鉄心３３の回転磁界との相互作用で磁気的回転力を
得た第１のかご型回転子３４が回転する。

【００２７】次に内ケース部４０内の固定子巻線４２に
もブラシ４５ａ〜４５ｃ及びスリップリング４４ａ〜４
４ｃを介して同じく商用３相交流電流を供与すると、固
定子鉄心４３に回転磁界が生じ、この回転磁界により第
２のかご型回転子４６の鉄心４８のスロット内に設けら
れた導体４９に誘導電流が流れる。かかる誘導電流と上
記第１のかご型回転子３４の回転磁界との相互作用で磁
気的回転力を得た第２のかご型回転子４６が回転する。

【００２８】従って本実施例においても、第１実施例と
同様に外ケース３１に対して第１のかご型回転子３４を
３３００rpm で回転させ、次いで第２のかご型回転子４
６を第１のかご型回転子に対し３３００rpm で回転させ
ると、出力軸５０ａからは３３００＋３３００＝６６０
０rpm の回転出力を取出すことができる。また、この場
合も第１実施例と同様に第１のベアリング３９ａ，３９
ｂと第２のベアリング４７ａ，４７ｂとには回転に伴う
負荷が分担されるので重負荷を担うことがなくなり、し
かも第１実施例に比しモータ外径の径小化を図り得るの
で、遠心力を小さくできて全体の回転負荷を小さくする
利点がある。その他は第１実施例と同じである。

【００２９】以上、この発明の実施例を、かご型回転子
及び商用３相交流電流電源を使用した２重構造型モータ
について述べたが、巻線型回転子や単相交流電源の使用
にも適応できることは勿論、ヒステリシスモータ、リア
クタンスモータ、ステッピングモータ等にも適用するこ
とができ、回転子の数を増やして３重、４重の多重構造
型とすることもできる。また、用途としては研削、穿孔
用スピンドルモータ、高速ブロア用モータ、レーザ用ポ
リゴンミラーの回転装置、各種工作機械、ＸＹテーブル
等にも適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る多重構造型モー
タによれば、第１のかご型回転子と第２のかご型回転子
間での相対運動に基づくモータ回転が得られるので、歯
車列のような増減速機構を備えなくても、正転・逆転及
び停止を含めて低速回転から高速回転に渡って広範囲の
モータ回転を得ることができ、低速回転であっても円滑
なモータ回転が得られ、また、高速回転であっても、例
えば軸受などに高負荷が加わることはない。本多重構造
型モータによれば、モータ回転の正逆転の切り換えが慣
性力を伴なうことなく行えるので、応答性のよい制御が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施第１例を示す多重構造型モータ
の縦断面図である。

【図２】図１のイ−イ線に沿って切断した断面図であ
る。

【図３】この発明の実施第２例を示す多重構造型モータ
の縦断面図である。

【図４】従来例としてのかご型誘導モータの概略縦断面
図である。

【符号の説明】

１ 外ケース ３ 固定子鉄心 ５ 固定子巻線 ６ 内ケース １１ 第１のかご型回転子 １２ 鉄心 １６ 巻線 ２１ 第２のかご型回転子 ２２ 鉄心 ２４ 導体

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転磁界を発生する環状の固定子鉄心
   と、該固定子鉄心の内側に適宜な空隙を保って配設さ
   れ、当該固定子鉄心の回転磁界とこれに基づく誘導磁界
   との相互作用で磁気的回転力を得て回転する第１のかご
   型回転子と、該第１のかご型回転子の内側に適宜な空隙
   を保って配設され、この第１のかご型回転子に通電する
   ことによって当該第１のかご型回転子に発生する回転磁
   界とこれに基づく誘導磁界との相互作用で磁気的回転力
   を得て回転する第２のかご型回転子とを備えてなること
   を特徴とする多重構造型モータ。